繼電保護技術在數字化變電站中的應用

摘 要 變電站的數字化程度不斷加強，探究繼電保護技術在數字化變電站中的應用尤為重要。文章基于數字化變電站數據處理的基本要求，對繼電保護點檢測技術、數據處理方法及容錯技術進行論述。數據處理直接對等間隔采樣數據傅里葉變換，通過修正實測頻率對傅里葉變換的正余弦項，獲取輸入信號的真實相位及有效值。在數字化變電站中，通過網絡化傳輸過程層采樣值信息，并將這些信息共享，根據冗余信息能夠對錯誤數據快速識別。研究證據的生成、選取融合信息等關鍵問題，對繼電保護技術在數字化變電站廣泛應用，對數據系統在線監測和診斷意義重大。

關鍵詞 繼電保護；變電站；容錯；數字處理技術

中圖分類號：TM774 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）06-0115-02

在數字化變電站中，為了達到工程化的目的，遵守等角度數據采樣準則的基本要求，在數據處理時進行轉換，借鑒較為成熟的傳統數據處理方式及繼電保護措施。在多采樣率信號處理理論的基礎上，利用時域有限沖激響應濾波器方法或者數據插值方法實現對采樣頻率的轉換，使各個角度的采樣數據與各通道數據同步。這種數據處理技術對原始采樣值序列進行復雜的計算處理，工作量較大，并且會帶來濾波器延時以及量化誤差。針對目前數字化變電站運營狀況，探究如何將繼電保護技術應用于當前數字化變電站中，建設繼電保護點檢系統，不斷優化容錯方案，采取合理的數據處理方法，對電力系統的安全高效運營有重要意義。

1 繼電保護點檢測

數字化變電站中，為了更好地進行繼電保護，就要在其中建立繼電保護點檢測體系。將數字化變電站二次電氣設備的技術措施優化管理作為核心任務，通過供電系統中二次電氣設備點檢測，對數字化的變電站進行繼電保護系統建設，對主要業務信息進行有序管理，達到對二次電氣設備參數和電力系統運行業務數據的全方位實時監管、信息共享。點檢測系統通過標準化、專業化的設計，完成對電氣設備繼電保護的信息化管理；構建基于二次電氣設備數據的綜合業務數據點檢測、分析平臺，加強繼電保護技術在數字化變電站中的應用，為電力局點設備校驗、檢修以及技術改造等提供客觀的運行依據，為進一步提高工作效率和運營服務質量，最大程度地滿足電力發展的需求，確保電力變電運行的安全性。

建立二次電氣設備點檢標準化分析平臺，完成對電氣設備的可靠性評價，為點檢測定修管理及狀態檢修提供可靠依據。電氣設備點檢測定修管理主要包括如下幾個方面：設備部件參數、設備本身的參數信息以及設備投運、檢驗、使用、更換等信息的跟蹤記錄；保護工作電子化，對繼電保護數據進行記錄與分析，進行可靠性分析，為設備的現場校驗、技術改造等提供客觀運行依據。

將繼電保護專業點檢測定修及高級分析系統應用于數字化變電站中，該系統以電氣設備信息為基礎，依托流程平臺為，以檢修過程管理為出發點，建立標準化信息服務體系，實現管理標準化，對檢修知識不斷積累和復用。點檢測系統整體框架如圖1。

圖1 點檢測系統框圖

點檢測工作人員通過點檢測儀將定點任務下載到移動設備上，并攜帶至現場完成點檢作業任務，首先對標識設備地點的條形碼進行掃描，驗證通過后，點檢項目將在系統中自動顯示，按照點檢項目的顯示順序登記項目運行狀況，正?；蛘弋惓＃渥⒄f明在表格中填寫；點檢測任務完成后將數據上傳到系統中。系統中相應管理模塊對點檢測計劃自動編制，同時自動生成點檢項目，幾秒鐘時間就能夠將上千個點檢項目下載到點檢儀，使點檢測計劃以及項目編制時間大大縮短，實現作業任務無紙化辦公，能夠方便地將測量數據錄入到系統中，使工作效率大大提高，管理成本降低。

2 繼電保護容錯技術

在數字化變電站中，冗余數據信息能夠較為方便、快捷地獲取到，當繼電保護數據失真發生時，冗余數據信息為解決容錯問題提供了新的處理方法。現代網絡傳輸與數據處理技術在數字化變電站的過程層廣泛應用，繼電保護數據能夠以固定格式通過公共網絡進行傳輸，從而做到快速識別錯誤數據、防止繼電保護不正確動作的發生。

探究表達、推理及綜合判斷冗余數據信息的妥當方法，是利用這些信息辨識錯誤數據的關鍵。以證據理論為基礎，融合多源互感器數據，防止繼電保護錯誤動作的容錯方法。

證據理論的基本假設主要包括：設識別框架θ包含所需識別或判斷的全部對象，其元素彼此相斥，且有函數，滿足條件：

（1）

融合相容證據：

（2）

其中，m（A）表示經n個證據合成后對命題A的支持程度。當證據間沒有沖突時，利用式（2）合成結果使得對相同命題的支持程度增大。

融合沖突證據：

（3）

其中，λi為各個證據的權重。

從多源互感器獲取到數據信息后，通過繼電保護設備對這些數據信息進行融合，輸出結果與保護算法共同構成“與門出口”，只有在信息融合及繼電保護算法的輸出結果都判定系統發生故障時，保護才可以進行動作。繼電保護容錯方法的原理結構圖如圖2所示。

圖2 繼電保護容錯原理

在數字化變電站中，繼電保護容錯方法將在兩種情況下呈現不同的工作狀態：①保護對象是否處于故障狀態；②互感器是否產生錯誤數據。當信息融合處于不啟動狀態時，無論故障是否存在，只要沒有錯誤采樣值，信息融合算法將一直保持處于不啟動狀態，并持續保持保護出口處于開放狀態，是否進行跳閘，將由保護算法單獨判斷。當存在錯誤數據、信息融合處于保護啟動狀態，且判斷結果為閉鎖出口時，根據數據融合結果能夠準確判斷出系統處于無故障狀態，將閉鎖跳閘出口，避免保護誤動。當真實故障與錯誤數據并存時，信息融合結果將認定系統處于故障狀態，開放保護出口。

3 繼電保護數據處理技術

在數字化變電站中，數據采集、傳輸模式都與常規變電站有較大區別，當電力系統與額定頻率不相當時，在這一點上不符合標準的等角度采樣，離散傅立葉變換的直接使用將導致頻譜泄漏，計算誤差太大。完成采樣率轉換，提取算法提取法，頻率采樣序列對應的原始序列的頻譜擴展。endprint

圖3 數字化變電站與常規變電站中的數據流對比

等間隔采樣時，在信號頻率不等于額定頻率的情況下對傅里葉算法修正。對只含基波分量的電壓信號，，則

（4）

其中，為電壓信號振幅；為初相；為信號實際頻率，與額定頻率不一定相等；為正弦振幅；為余弦振幅。

在微機處理時，根據傅里葉級數原理，可按下式求得正弦及余弦振幅為：

（5）

其中，為第k次的采樣值；N為一個周期內的采樣點數。

當時，

（6）

當頻率與額定值不相當時，利用傅里葉算法求得的正余弦項振幅式與真實值有差別。振幅誤差為：

（7）

相位誤差為：

（8）

4 總結

電力設備技術管理精細化水平的不斷提高，需要構建基于繼電保護設備數據的綜合分析平臺，繼電保護點檢系統，能為設備的選型、校驗、檢修、技術改造等提供客觀依據。針對數字化變電站中采樣值數據出錯可能導致保護誤動的問題，本文所提方法可實現全數字式繼電保護的容錯控制，對數字化變電站中的繼電保護防誤設計具有一定的參考價值。

參考文獻

[1]朱承治，郭創新，孫旻，等.基于改進證據推理的變壓器狀態評估研究[J].高電壓技術，2008，34（11）：2332-2337.

[2]蘇永春，辛建波，竇曉波.數字化變電站保護與視頻系統聯動控制方案[J].中國電力，2010（04）：33-37.

[3]鄧勇，施文康，朱振福.一種有效處理沖突證據的組合方法[J].紅外與毫米波學報，2004，23（1）：27-32.

[4]黃輝，舒乃秋，李自品，等.基于信息融合技術的電力系統暫態穩定評估[J].中國電機工程學報，2007，27（16）：19-23.

[5]李仲青，周澤昕，黃毅，等.數字化變電站繼電保護適應性研究[J].電網技術，2011（05）：210-215.

[6]張兵，盧煥章.多傳感器自動目標識別中的沖突證據組合方法[J].系統工程與電子技術，2006，28（6）：857-860.

作者簡介

于慶武，男，北京人，廣電總局中央廣播電視塔高級工程師。endprint

圖3 數字化變電站與常規變電站中的數據流對比

等間隔采樣時，在信號頻率不等于額定頻率的情況下對傅里葉算法修正。對只含基波分量的電壓信號，，則

（4）

其中，為電壓信號振幅；為初相；為信號實際頻率，與額定頻率不一定相等；為正弦振幅；為余弦振幅。

在微機處理時，根據傅里葉級數原理，可按下式求得正弦及余弦振幅為：

（5）

其中，為第k次的采樣值；N為一個周期內的采樣點數。

當時，

（6）

當頻率與額定值不相當時，利用傅里葉算法求得的正余弦項振幅式與真實值有差別。振幅誤差為：

（7）

相位誤差為：

（8）

4 總結

電力設備技術管理精細化水平的不斷提高，需要構建基于繼電保護設備數據的綜合分析平臺，繼電保護點檢系統，能為設備的選型、校驗、檢修、技術改造等提供客觀依據。針對數字化變電站中采樣值數據出錯可能導致保護誤動的問題，本文所提方法可實現全數字式繼電保護的容錯控制，對數字化變電站中的繼電保護防誤設計具有一定的參考價值。

參考文獻

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[4]黃輝，舒乃秋，李自品，等.基于信息融合技術的電力系統暫態穩定評估[J].中國電機工程學報，2007，27（16）：19-23.

[5]李仲青，周澤昕，黃毅，等.數字化變電站繼電保護適應性研究[J].電網技術，2011（05）：210-215.

[6]張兵，盧煥章.多傳感器自動目標識別中的沖突證據組合方法[J].系統工程與電子技術，2006，28（6）：857-860.

作者簡介

于慶武，男，北京人，廣電總局中央廣播電視塔高級工程師。endprint

圖3 數字化變電站與常規變電站中的數據流對比

等間隔采樣時，在信號頻率不等于額定頻率的情況下對傅里葉算法修正。對只含基波分量的電壓信號，，則

（4）

其中，為電壓信號振幅；為初相；為信號實際頻率，與額定頻率不一定相等；為正弦振幅；為余弦振幅。

在微機處理時，根據傅里葉級數原理，可按下式求得正弦及余弦振幅為：

（5）

其中，為第k次的采樣值；N為一個周期內的采樣點數。

當時，

（6）

當頻率與額定值不相當時，利用傅里葉算法求得的正余弦項振幅式與真實值有差別。振幅誤差為：

（7）

相位誤差為：

（8）

4 總結

電力設備技術管理精細化水平的不斷提高，需要構建基于繼電保護設備數據的綜合分析平臺，繼電保護點檢系統，能為設備的選型、校驗、檢修、技術改造等提供客觀依據。針對數字化變電站中采樣值數據出錯可能導致保護誤動的問題，本文所提方法可實現全數字式繼電保護的容錯控制，對數字化變電站中的繼電保護防誤設計具有一定的參考價值。

參考文獻

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[3]鄧勇，施文康，朱振福.一種有效處理沖突證據的組合方法[J].紅外與毫米波學報，2004，23（1）：27-32.

[4]黃輝，舒乃秋，李自品，等.基于信息融合技術的電力系統暫態穩定評估[J].中國電機工程學報，2007，27（16）：19-23.

[5]李仲青，周澤昕，黃毅，等.數字化變電站繼電保護適應性研究[J].電網技術，2011（05）：210-215.

[6]張兵，盧煥章.多傳感器自動目標識別中的沖突證據組合方法[J].系統工程與電子技術，2006，28（6）：857-860.

作者簡介

于慶武，男，北京人，廣電總局中央廣播電視塔高級工程師。endprint